Materiais de aviação e processos, Resumos de Engenharia Aeronáutica

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Caro aluno

Pretendo que a disciplina Materiais de Aviação e Processos seja um instrumento que

ofereça a você máximo de conhecimento referente a todos o materiais que são usados na construção de uma aeronave. Pretendo também que você conheça os processos de tratamento que são realizados nestes materiais fins manter as suas resistências físicas. Você aprenderá como selecionar o material correto em uma substituição para evitar uma instalação errônea que venha a provocar danos à estrutura da aeronave e como fazer o tratamento às possíveis danos que possam vir a aparecer. Para que você tenha um entendimento peço que você leia esta apostila com muito atenção, anote os tópicos que você ficar em duvida para que nós possamos discutir em nossos charts.

Esta disciplina está dividida em quatro módulos: No módulo I: Você irá conhecer os tipos de parafusos, porcas, arruela, torquímetros e como utiliza-los. Os tipos de freno que são muitos usados para garantir a firmeza das fixações. No módulo II: daremos continuidade no módulo1 e você conhecerá os tipos de rebites e como fixa- los. Irá conhecer também os tipos de plásticos e vedadores.

No módulo III: Você irá conhecer os tipos de processos corrosivos que possa aparecer nos diversos tipos de materiais utilizado na construção aeronáutica e bem como proteger esses materiais ou como remover as corrosões se estiver presente.

No módulo IV: Daremos continuidade ao modo 3 e você irá conhecer os processo utilizado para aumentar a resistências físicas e anticorrosiva dos materiais aeronáuticos.

Ao encerrar esta disciplina você possuirá condições de Identificar os principais materiais que são usados na construção de uma aeronave e sua importância, por menor que seja este material. Irá saber quais são os tipos de tratamentos que são aplicados a eles, fins evitar danos, principalmente em relação corrosão.

Lembre-se que estarei ao seu lado, acompanhando-o, orientando-o, e estimulando seus estudos. É muito importante poder compartilhar esses conteúdos com você.

Bons estudos! Prof. Vanderlei dos Reis

Fonte: Vanderlei dos Reis

MÓDULO I

MATERIAIS AERONÁUTICOS

INTRODUÇÃO

Caro aluno,

No decorrer deste modelo, você verá as diversas partes utilizadas na fabricação e no reparo de aeronaves, como os vários tipos de prendedores e uma miscelânea de pequenos itens e os tratamentos a que estão sujeitos durante sua fabricação ou utilização. A importância do material de aviação é muitas vezes desprezada devido ao seu pequeno tamanho. Entretanto, a segurança e a eficiência da operação de uma aeronave dependem de uma correta seleção e uso adequado do material de aviação, assim como o conhecimento e a utilização dos processos adequados a esse material.

O parafuso para mecânica (bolt), geralmente tem uma porca atarraxada para completar o conjunto, enquanto que o de rosca soberba pode ser introduzido em um orifício próprio para ele ou, diretamente no material a ser fixado. Um parafuso para mecânica tem a parte rosqueada relativamente curta, com relação ao comprimento. Enquanto isso, o de rosca soberba tem a parte rosqueada relativamente longa e não tem a parte lisa (gola), claramente definida. Um conjunto, parafuso/porca é geralmente apertado pela porca e a cabeça do parafuso poderá ser ou não utilizada para fixar o conjunto. Um parafuso de rosca soberba é sempre apertado pela cabeça. Quando um dispositivo de fixação tiver que ser substituído, deverá sê-lo por uma duplicata do original, sempre que possível. Se não houver uma duplicata, muito cuidado deverá ser tomado na seleção do substituto.

Classificação dos Fios de Rosca

Para os parafusos para aeronaves (bolts) ou os de rosca soberba (screws) e porcas, são fabricados em um dos seguintes tipos de fios de rosca: NC (American National Coarse), série de filetes grossos destinados ao uso em metais; NF (American National Fine), séries de filetes finos destinados ao uso geral em aeronaves e motores; UNC (American Standard Unified Coarse) ou UNF (American Standard Unified Fine). A diferença entre os tipos de rosca da série American National (NC e NF) e os do tipo American Standard Unified (UNC e UNF) pode ser notada, por exemplo, no parafuso de uma polegada (1") de diâmetro do tipo NF, que será especificado como 1-14NF, indicando possuir 14 fios de rosca em cada polegada da parte rosqueada, enquanto que, o parafuso de uma polegada (1") de diâmetro do tipo UNF será especificado como 1-12UNF, indicando possuir 12 fios de rosca em cada polegada da parte rosqueada. Em ambos, é considerado o número de vezes que o fio de rosca completa uma volta no espaço de uma polegada, da parte rosqueada de um parafuso de determinado diâmetro. Por exemplo, a especificação 4-28 indica que um parafuso de 1/4” de diâmetro tem 28 fios de rosca em cada polegada da parte rosqueada. As roscas são também especificadas em classes de acabamento, que indicam a tolerância permitida pelo fabricante, com referência a sua instalação nos furos do material a ser preso ou fixado.

Classe 1 - "Loose fit" - ajuste com folga ou encaixe deslizante - usado onde o espaço entre as partes conjugadas é essencial para uma rápida montagem, podendo ser girado com os dedos;

Classe 2 - "Free fit" - ajuste livre - destinado a partes que são unidas com parafusos e porcas, tipo comerciais onde um pequeno jogo tem uma relativa margem de tolerância;

Classe 3 - "Medium fit" - ajuste médio - destinado a partes onde é desejado um valor mínimo de folga ou de jogo entre as partes rosqueadas. Esse tipo de ajuste é geralmente empregado na construção aeronáutica.

Classe 4 - "Close fit" - forte ajuste ou ajuste sob pressão - destinado a requisitos especiais. Os parafusos de ajuste sob pressão são instalados com ferramentas ou máquinas. Os parafusos e as porcas são também produzidos com a rosca-esquerda. O parafuso de rosca-direita é o que tem o seu aperto no sentido dos ponteiros de um relógio. O de rosca-esquerda tem que ser girado no sentido inverso para conseguir o aperto. As roscas, direita e esquerda são designadas respectivamente por RH e LH.

1.2 PARAFUSOS DE AVIAÇÃO

Os parafusos empregados em aviação são fabricados em aço resistente à corrosão, com banho de cádmio ou de zinco, de aço resistente à corrosão, sem banho ou ainda de liga de alumínio anodizado. A maioria dos parafusos utilizados em estruturas de aeronaves, tanto pode ser do tipo padrão como AN, NAS com encaixe na cabeça para ferramentas, de tolerância mínima, ou do tipo MS. Em certos casos, os fabricantes de aeronaves fazem parafusos de diferentes dimensões ou maior resistência do que o tipo padrão. Do mesmo modo, os parafusos são fabricados para aplicações especiais e é de extrema importância utilizar parafusos iguais como substituto.

Antes de prosseguir, conheça algumas forças que agem nos parafusos e rebites durante a operação da aeronave. Tração : é uma força que tende a esticar o material. Compressão : é uma força que tende a achatar o material. Flexão : é uma força que tende a curvar o material. Quando o material recebe uma força de flexão, nele agem outras duas forças (compressão em baixo e tração em cima). Cisalhamento : é uma força que tende a cortar o material ao meio. Torção : é uma força que tende a torcer o material.

Fonte: FAA - Federal Aviation Administration - Mechanic Training Handbook

Parafusos de Uso Geral

Os parafusos de cabeça hexagonal (AN3 até AN-20) são usados em estruturas e em aplicações gerais, que envolvam cargas de tensão e de cizalhamento. “Os parafusos de ligas de aço, menores do que o nº 10-32, e os de liga de alumínio, menores do que 1/4” de diâmetro, nunca devem ser usados em peças estruturais.

Os parafusos e as porcas de liga de alumínio não são usados quando tiverem que ser removidos, repetidamente, para serviços de manutenção e inspeção. As porcas de liga de alumínio podem ser usadas com os parafusos de aço banhados de cádmio, que sofram cargas de cizalhamento, em aeronaves terrestres, mas não poderão ser usadas em aeronaves marítimas, devido à possibilidade de corrosão entre metais diferentes. O parafuso AN-73 é semelhante à cabeça hexagonal padrão, porém, possui uma depressão na cabeça e um furo para passagem de arame de freno. O AN-3 e o AN-73 são intercambiáveis para todas as aplicações práticas, do ponto de vista de tensão e resistência ao cizalhamento.

Parafusos de Tolerância Mínima

Esse tipo de parafuso é fabricado com mais cuidado do que o de uso geral. Os parafusos de tolerância mínima podem ser de cabeça hexagonal (AN-173 até AN-186) ou ser de cabeça chanfrada a 100º (NAS-80 até NAS-86). Eles são usados em aplicações onde uma ajustagem forte é requerida (o parafuso somente será movido de sua posição quando for aplicada uma pancada com um martelo de 12 a 14 onças).

Fonte: FAA - Federal Aviation Administration - Mechanic Training Handbook

Parafusos com Encaixe na Cabeça para Adaptação de Chave

Estes parafusos (MS-20004 até MS20024 ou NAS-495) são fabricados de um aço de alta resistência e são adequados para o uso em locais onde são exigidos esforços de tensão e cizalhamento. Quando forem usados em partes de aço, os furos para os parafusos devem ser escariados para assentar o grande raio do ângulo formado entre o corpo e a cabeça. Quando usados em partes de liga de alumínio, uma arruela especial, tratada a quente deve ser usada para

As marcas do tipo de material dos parafusos NAS são as mesmas para os AN, exceto quando elas são riscadas ou rebaixadas. Os parafusos que receberam inspeção magnética (Magnaflux) ou por meios fluorescentes (Zyglo), são identificados por uma tinta colorida ou uma marca tipo distintivo na cabeça.

Fonte: FAA - Federal Aviation Administration - Mechanic Training Handbook

Fonte: FAA - Federal Aviation Administration - Mechanic Training Handbook

Parafusos Para Fins Especiais

São os fabricados para uma particular aplicação, por exemplo: parafuso Clevis, parafuso de Olhal, Jobolts e Lockbolts.

Parafusos Clevis

A cabeça de um parafuso Clevis é redonda e possui ranhuras para receber uma chave de fenda comum, ou para receber uma chave em cruz.

Este tipo de parafuso é usado somente onde ocorrem cargas de cizalhamento e nunca de tensão. Ele é muitas vezes colocado como um pino mecânico em um sistema de controle.

Fonte: FAA - Federal Aviation Administration - Mechanic Training Handbook

Parafusos de Olhal

Este tipo de parafuso especial é usado onde cargas de tensão são aplicadas. O Olhal tem por finalidade permitir a fixação de peças, como o garfo de um esticador, um pino Clevis ou um terminal de cabo. A parte com rosca pode ou não ter o orifício para contrapino.

Fonte: FAA - Federal Aviation Administration - Mechanic Training Handbook

Jobolts

"JOBOLT" é a marca registrada de um rebite com rosca interna e composto de três partes: um parafuso de liga de aço, uma porca de aço com rosca e uma luva expansível de aço inoxidável. As partes são pré-montadas na fábrica. Quando o JOBOLT é instalado, o parafuso é girado, enquanto a porca é mantida. Isto causa a expansão da luva sobre a porca, formando uma cabeça que irá empurrar uma chapa de encontro à outra. Quando a rotação do parafuso se completa, uma porção dele se quebra. A alta resistência ao cizalhamento e à tensão torna o JOBOLT adequado ao uso em casos de grandes esforços, onde os outros tipos de prendedores são impraticáveis.

Fonte: FAA - Federal Aviation Administration - Mechanic Training Handbook

Tipo Curto (Stump)

Embora o tipo curto não tenha a haste tão comprida quanto o convencional, ele é considerado semelhante na utilização. Eles são usados principalmente quando o espaço não permite a instalação do tipo convencional. Uma rebitadora pneumática padrão (com um martelete para estampar o colar na ranhura do pino) e uma barra encontradora são as ferramentas necessárias para a instalação de um lockbolt do tipo curto (stump).

Fonte: FAA - Federal Aviation Administration - Mechanic Training Handbook

Tipo Cego (Blind)

São fornecidos como unidades completas, ou seja, conjuntos montados. Eles têm excepcional resistência e a característica de forçar a união das chapas. Os parafusos de retenção cegos são usados onde somente um lado do trabalho é acessível e, geralmente, onde for difícil a cravação de um rebite convencional. Este tipo de prendedor é instalado da mesma maneira que o tipo convencional.

Fonte: FAA - Federal Aviation Administration - Mechanic Training Handbook

Características Comuns

Os três tipos de parafusos de retenção lockbolt têm em comum, as ranhuras de travamento no pino e o colar de travamento, o qual é estampado dentro das ranhuras de trava do pino, travando-o sob tensão. Os pinos dos tipos convencional e cego são compridos para a instalação por tração. A extensão da haste é provida de ranhuras com a finalidade de permitir a tração e uma ranhura maior para a ruptura sob tensão da parte excedente da haste.

Composição

Os pinos dos parafusos de retenção do tipo convencional e do tipo curto são feitos de liga de aço com tratamento térmico, ou então, de liga de alumínio de alta resistência. Os colares do conjunto são feitos de liga de alumínio ou de aço macio. O tipo cego (blind) consiste de: pino de liga de aço com tratamento térmico, luva cega (lind sleeve), luva cônica (filler sleeve), colar de aço macio e arruela de aço carbono.

Substituição

Os parafusos de retenção de liga de aço podem ser usados como substitutos dos rebites de aço HI-SHEAR, rebites sólidos de aço ou parafusos AN do mesmo diâmetro e mesmo tipo de cabeça. Parafusos de retenção de aço e de liga de alumínio podem ser usados para substituir os parafusos de aço e os de liga de alumínio 2024 T, respectivamente, do mesmo diâmetro.

Colar do Parafuso de Retenção

Fonte: FAA - Federal Aviation Administration - Mechanic Training Handbook

• Use em liga de alumínio 25 ST, somente parafusos de retenção de liga com tratamento térmico.
• Use em liga de alumínio 61 ST, somente parafusos de retenção de liga de alumínio75 ST.
• Use aço macio com parafusos de retenção de aço com tratamento térmico somente para aplicações em alta temperatura.

1.3 ESPESSURA DO MATERIAL

O tamanho do parafuso requerido para um determinado trabalho deve ser de acordo com a espessura do material, medida com uma régua em gancho, através do orifício onde ele será colocado. Após a medição poderão ser determinados os limites da pega (espessura do material a ser unido), através das tabelas fornecidas pelos fabricantes dos rebites. Exemplos das tabelas de limites da pega (grip range) são apresentados nas Figuras acima. Quando instalado, o colar do parafuso de retenção deverá ser estampado em toda a extensão do colar. A tolerância da parte do pino a ser quebrada com relação à parte superior do colar deve estar dentro das seguintes dimensões:

Fonte: IAC – Instituto de Aviação Civil – Divisão de Instrução Profissional

Quando for necessário remover um parafuso de retenção, corte o colar com uma pequena talhadeira bem afiada, evitando danificar ou deformar o orifício. É aconselhável o uso de uma barra de encontro no lado oposto ao que está sendo cortado. O pino poderá então ser retirado com um punção.

1.4 PORCAS DE AERONAVES

As porcas usadas em aviação são feitas em diversos formatos e tamanhos. São fabricadas com aço carbono banhado em cádmio, aço inoxidável, ou liga de alumínio 2024T adonizado e podem ser obtidas com rosca esquerda ou direita. Não existem marcas de identificação ou letras nas porcas, elas podem ser identificadas pelas características metálicas, brilho ou cor de alumínio, bronze ou o encaixe, quando a porca for do tipo autofreno. Elas podem, além disso, ser identificadas pela sua construção. As porcas usadas em aviação podem ser divididas em dois grupos gerais: comuns e autofreno. Comuns são aquelas que devem ser frenadas por um dispositivo externo como contrapino, arame de freno ou contra-porcas. Porcas autofreno são as que contêm características de frenagem como parte integral.

Porcas Comuns

É o mais comum tipo de porca, incluindo a lisa, a castelo, a castelada de cisalhamento, a sextavada lisa, a hexagonal leve e a lisa leve.